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Pr M. EL HARFI Opérations Unitaires Université Sultan Moulay Slimane Ecole Supé

Pr M. EL HARFI Opérations Unitaires Université Sultan Moulay Slimane Ecole Supérieur de Technologie Fkih Ben Salah Filière: Industrie Agroalimentaire/ Génie Biologique S3 Année universitaire :2020-2021 Cours du Module: Introduction aux Opérations Unitaires Introduction au opérations unitaires L’Industrie alimentaire regroupe une série d’activités caractérisées à la fois par la nature des matière première et par l’importance des caractères organoleptiques des produits finis. Ces produits finis sont obtenu soit: -En soumettant les matières premières à des traitement de conservations: exemple: les légumes congelés, le lait pasteurisé ou stérilisé; - En faisant intervenir des opération ayant pour but de provoquer des modifications plus profondes, rendant le produit fini très différent des matières premières mises en œuvre : exemple: sucrerie. Du génie Chimique au génie de procédés Le génie chimique est né au début du XX e siècle pour répondre au développement rapide de certaines industries, notamment pétrolières au départ. Intégrant les avancées scientifiques de l’époque, il s’est forgé des concepts et des outils qui en ont fait un domaine scientifique nouveau. D’une façon générale les industries de transformation de la matières sont les industries qui permettent par des réactions chimiques et des opérations d’extraction, de séparation, de séchage, de triage…, de passer des matières premières (minerais, pétrole, produits agricoles) à des produits finis(essence, papier, fromage…). Vers 1900, l’ensemble des opérations unitaires utilisées dans les industries ont été rassemblé sous le nom de génie chimique. Plus récemment, le génie chimique a modifier son appellation en génie de procédé de la transformation de la matière. Ceux-ci pour montrer que l’industrie chimique n’est pas son seul domaine d’application, c ’est ainsi que le génie chimique, le génie pétrolier, le génie pharmaceutique, le génie biologique, le génie alimentaire, ect. Sont des sous ensembles du génie des procédés. Les opérations sont dites unitaires car elles sont fondées sur des règles de nature physique à caractère général et traduisent des transformations simples. Du génie Chimique au génie de procédés Le principe fondamental de toute opération unitaire est toujours le même, à savoir la préparation et la mise en contact intime des phases en présence pour assurer le développement des réactions, les mécanismes de transport et de transfert de masse (ou matière), de chaleur et de quantité de mouvement qui ont lieu durant la chaîne de transformation, ainsi que la séparation des constituants du mélange résultant. Du génie Chimique au génie de procédés Le génie de procédés alimentaires/ opérations unitaires L’industrie alimentaire a rejoint ce mouvement dans les années 1960 au moment où beaucoup de ses secteurs s’industrialisaient. Le génie des procédés alimentaires (GPA) fournit des outils de compréhension, de calcul, d’extrapolation nécessaires à cette démarche d’industrialisation. L’utilisation du feu puis l’usage de la poterie ont été des étapes décisives pour la transformation des aliments. L’homme a ensuite appris à sécher des aliments pour les conserver, à extraire le sel de l’eau de mer, à la fois pour donner meilleur goût à ces produits et pour améliorer leur conservation. Le génie de procédés alimentaires/ opérations unitaires D’abord confinées au niveau familial, certaines de ces activités deviennent ensuite des spécialités artisanales sous l’effet de la sédentarisation puis de l’urbanisation et du développement du commerce : la transformation des céréales en farine, l’extraction de l’huile, la salaison des viandes et des poissons, la fabrication des boissons fermentées, etc. C’est au XIXe siècle, avec le fort développement des villes, de l’industrie et des transports que certains de ces métiers prennent un caractère industriel : la sucrerie, l’huilerie, la brasserie, la distillerie, la conserverie, la biscuiterie, etc. L’application du génie de procédé au industries alimentaire ne s’est pas faite sans rencontrer de nombreux problèmes. Ces problèmes étaient liés surtout à: -la variabilité -l’hétérogénéité -complexité -la fragilité des matières premières -la mauvaise connaissance des composition et des propriétés physico-chimiques et biologiques Le génie de procédés alimentaires/ opérations unitaires Vers 1950, les industries alimentaires, ont définis leurs propres opérations unitaires, qu’on peut regrouper tel que: Opérations mécanique Opérations de transfert Opérations de transformation chimiques ou biologiques Le génie de procédés alimentaires/ opérations unitaires Classification des opérations unitaires Une classification universelle et exhaustive satisfaisante est difficile. Cependant, malgré l’appareillage très varié nécessaire pour la production industrielle, il est possible de classifier les opérations unitaires de plusieurs manières. Le génie de procédés alimentaires/ opérations unitaires 1- Classification selon les phénomènes physiques mis en œuvre Les principales opérations mettant essentiellement en jeu des processus physiques, on peut ainsi les rattacher aux deux grandes familles suivantes. a) Opérations unitaires avec ou sans transfert de matière À leur tour les opérations unitaires peuvent se diviser en deux grandes classes : – les processus de séparation par diffusion (évaporation, distillation, absorption, sublimation, adsorption, etc.) qui conviennent aux alimentations formées par mélanges homogènes ; – les processus sans transfert de matière qui sont d’une part les opérations de simple séparation mécanique des mélanges hétérogènes (filtration, cyclonage, centrifugation), d’autre part les opérations modifiant la granulométrie de solides (broyage, frittage). Le génie de procédés alimentaires/ opérations unitaires b) Opérations unitaires avec ou sans transfert de chaleur Souvent, les opérations unitaires nécessitent un transfert de chaleur, ainsi il est possible de réaliser une classification en se rapportant aux quantités d’énergie thermique mises en jeu. On distingue : – les opérations se déroulant sans (ou pratiquement sans) transfert de chaleur, telles que : ultrafiltration, osmose inverse, extraction par liquide (pour un transfert de masse entre phases fluides) ; adsorption, échange d’ions, chromatographie en phase liquide, lixiviation (pour un transfert de masse entre phases fluides et solides) ; Le génie de procédés alimentaires/ opérations unitaires b) Opérations unitaires avec ou sans transfert de chaleur – les opérations nécessitant d’importants échanges de chaleur : distillation, évaporation, séchage des liquides (pour un transfert de masse entre phases fluides) ; cristallisation, lyophilisation, cryo-concentration (pour phases fluides-solides) ; – les opérations mixtes qui ont lieu de manière isotherme ou non, selon les concentrations considérées et qui intéressent surtout les épurations en présence d’une phase gazeuse inerte en excès : • absorption, désorption (phases fluides) ; • adsorption en phase vapeur, chromatographie en phase gazeuse, séchage des solides Le génie de procédés alimentaires/ opérations unitaires 2- Classification selon les fonctions des opérations unitaires Pour plus de clarté, on envisage, dans la suite, les opérations unitaires sous l’angle d’une classification à partir de leur fonction. On distingue les opérations selon quatre fonctions : les opérations unitaires de préparation, les opérations unitaires de transformation, les opérations unitaires de stabilisation et les opérations unitaires de conditionnement et dosage. Le génie de procédés alimentaires/ opérations unitaires a) Les opération unitaires de préparation : Elles visent à préparer les matières en vue de la consommation directe ou d’une transformation ultérieure. On trouve les opérations d’agréage, de nettoyage, de tri (séparation selon une grandeur physique : couleur, poids, forme, taille) et de classement (séparation qualitative des matières premières). Le génie de procédés alimentaires/ opérations unitaires b) LES O. U. DE TRANSFORMATION Elles visent à apporter une modification aux matières premières. Elles regroupent : b1-Les opérations de réduction de la taille : soit des solides : la découpe permet de maîtriser la forme géométrique du produit obtenu (cube de légumes pour réaliser une macédoine de légumes) la fragmentation qui ne permet pas de la maîtriser (broyage de grains de blé pour la fabrication de farine panifiable, Hachage ou cuttérage de viande) ; Le génie de procédés alimentaires/ opérations unitaires b) LES O. U. DE TRANSFORMATION Elles visent à apporter une modification aux matières premières. Elles regroupent : b1-Les opérations de réduction de la taille : soit des liquides : L’objectif est la diminution de la taille des gouttelettes d’un liquide non miscible dans un autre (cas des émulsions comme le lait entier, les crèmes de consommation, les crème dessert…) et réduction de particules solides en suspension dans un liquide (cas des suspension comme la sauce ketchup ou les nectars de fruit). Le génie de procédés alimentaires/ opérations unitaires b2-Les opérations de séparations sans changement d’état : L’objectif est de séparer une ou plusieurs phases, liquides ou solides, contenues dans un produit, on distingue : b2.1- les opérations d’extraction : • Extraction par pression : application d’une force sur un solide pour en extraire une phase liquide. C’est l’extraction d’un jus de fruit, la récupération de l’huile… • par solvant : utilisation d’un solvant (eau, hexane) pour extraire un ou plusieurs solutés contenus dans un solide. C’est par exemple l’extraction du sucre contenu dans les betteraves grâce à de l’eau, ou de l’huile extraite de graine oléagineuse par de l’hexane. Le génie de procédés alimentaires/ opérations unitaires b2-Les opérations de séparations sans changement d’état : L’objectif est de séparer une ou plusieurs phases, liquides ou solides, contenues dans un produit, on distingue : b2.2- les opérations de décantation • Elles permettent la séparation de particules solides ou de gouttelettes liquides dispersées dans une phase liquide grâce à la force gravitationnelle (le poids) ou à une force centrifuge artificielle. Il existe : • la décantation statique où le « moteur » de la séparation est l’accélération gravitaire (g = 9,81m/s/s). C’est uploads/Industriel/ cours-opa-crations-unitaires-2.pdf